[发明专利]一种3D打印用PLA木塑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印用PLA木塑复合材 料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术出现至今已有20多年历史，该技术基于离散一堆积原理，是一 种先进的增材制造技术。目前现有的3D打印耗材主要是单一的PLA，ABS，PVA 等材料，但以上材料均存在着自身的局限性，PLA材料的成本较高、材料在55℃ 以上就容易变形，易堵塞设备喷嘴；ABS材料对温度和剪切速率较敏感，在加工 过程中气味重、易变形且耐候性差；而PVA水溶性材料主要用于打印支撑型材 料，用量少，且PVA分解时会产生有毒气体。总之，目前市场上广泛使用的3D 打印耗材具有价格高、能耗高、加工条件要求复杂苛刻、难成型、易断料等缺 点。

PLA木塑复合材料，其不仅价格低廉，绿色低碳环保、尺寸稳定性好、强度 高、具有加工过程中不堵孔、不断丝、无翘曲变形等优点，并且所生产的制品 具有较好的物理机械性能和耐候性。目前，PLA主要由丙交酯开环聚合法和直接 聚合法合成直接合成的聚乳酸如果不进行改性加工，则PLA力学性能不佳、气 体阻隔性差、热稳定性等缺陷将会限制其应用。为了扩大PLA的应用范围，就 必须对聚乳酸进行改性加工，常用的改性方法包括增韧改性、共混改性以及共 聚改性。在共混改性的方法中，通过加入木粉对其进行物理改性可以有效地增 加PLA的力学强度。

然而，在直接混合后通过注射成型得到的PLA木塑复合材料中，虽然木粉 能够均匀地分散在PLA基体中，并得到聚乳酸大分子的有效包裹，但界面相容 性比较差，降低了木塑复合材料的冲击韧性。同时，木粉的加入限制了PLA大 分子的运动、降低了PLA的立构规整度,导致PLA结晶能力明显下降。

发明内容

针对以上技术问题，本发明设计开发了一种3D打印用PLA木塑复合材料及 其制备方法，提供一种价格低廉，低碳环保，可百分百循环回收再利用，具有 木材的天然亲近感、打印时会产生天然木质芳香气味、尺寸稳定性好、不堵孔、 不翘曲、加工条件要求低，且制品具有较好的物理机械性能以及耐酸碱、防虫 蛀、抗紫外性能力强等耐候性的3D打印耗材。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3D打印用PLA木塑复合材料，由UHMWPE、木粉、相容剂、偶联剂、空 心微珠、润滑剂、增韧剂混合构成，各材料的重量份数为：UHMWPE8-30份；木 粉20-30份；相容剂2-7份；偶联剂3-6份；空心微珠8-15份；润滑剂1-3份； 增韧剂1-3份。

作为优选，所述3D打印用PLA木塑复合材料的最佳组成为：UHMWPE10份； 木粉25份；相容剂4份；偶联剂4份；空心微珠9份；润滑剂2份；增韧剂3 份。

上述3D打印用PLA木塑复合材料的制备方法，包括以下具体步骤：

1)将木粉放入到微波干燥机内以80℃-100℃的温度干燥1小时以上，使其 含水量降至2％以下；

2)将干燥得到的木粉、空心微珠、偶联剂加入到高速混合机中进行活化处 理，充分混合5-10分钟，得到混合物；

3)将步骤2中得到的混合物与PLA、UHMWPE、相容剂、润滑剂、增韧剂加入 到双锥式混合机中混合50分钟至分散均匀，得到预混料；

4)将混合均匀的预混料加入到行星螺杆造粒机中进行挤出造粒，其中行星 螺杆造粒机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为：一区150℃-180℃、二 区180℃-200℃、三区170℃-230℃、四区160℃-90℃；

5)将步骤4制得的颗粒料加入到35mmΦ3D打印生产线挤出拉丝，控制丝材 的直径为1.75mm；其中加料口到机头各区的机筒加热温度依次为：一区150℃ -170℃、二区180℃-200℃、三区170℃-200℃、四区160℃-170℃；

6)所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷成成品。

进一步，作为优选，在步骤1)中，干燥温度为90℃。

进一步，作为优选，在步骤4)中，行星螺杆造粒机从加料口到机头各区的 机筒加热温度依次为：一区175℃、二区180℃、三区230℃、四区90℃。

进一步，作为优选，在步骤5)中，加料口到机头各区的机筒加热温度依次 为：一区170℃、二区200℃、三区200℃、四区170℃。

本发明的有益效果为：